Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование направления совершенствования способов управления и защиты линии электропередачи с продольной компенсацией 8
1.1. Принцип работы и режимы УУПК, регулируемого на основе встречно-параллельного включения тиристоров 9
1.2. Основные свойства УУПК 13
1.3. Традиционные алгоритмы управления, применяемые в 18 регуляторах УУПК
1.4. Влияние УУПК на устройства РЗА ЛЭП 25
2. Разработка и исследование способов опенки значений электрических параметров ЛЭП с УУПК для регулятора уупк применительно к переходным режимам
2.1. Управление УУПК в переходных режимах при наличии возможности измерения и использования в регуляторах угла между векторами напряжений по концам компенсированной линии 33
2.2. Оценка прогнозируемого значения активной мощности 39
2.3. Оценка погрешности определения прогнозируемого значения активной мощности 53
3. Разработка и исследование способа и алгоритма управления УУПК
3.1. Анализ эффективности традиционных алгоритмов управления УУПК з
3.2 Способ управления степенью компенсации УУПК по отклонению от прогнозируемого значения активной мощности 71
3.3. Исследование алгоритма управления УУПК по отклонению активной мощности от прогнозируемого значения 80
3.4. Структурная схема усовершенствованного регулятора УУПК 84
3.5. Проведение испытаний на моделях сетей, реализованных в программе моделирования PSCAD 89
4. Разработка и исследование способа построения релейной защиты, устанавливаемой на ЛЭП с УУПК 108
4.1.Новый способ построения релейной защиты ЛЭП с УУПК на 108
примере дистанционного принципа
4.2. Анализ достигаемых показателей дистанционных защит на ЛЭП с УУПК при применении нового способа построения защит 111
4.3 Организация команды на отключение устройств дистанционных защит, установленных на ЛЭП с УУПК 124
4.4. Испытания нового способа построения защит на ЛЭП с УУПК 131
Заключение 134
Список литературы
- Основные свойства УУПК
- Оценка прогнозируемого значения активной мощности
- Способ управления степенью компенсации УУПК по отклонению от прогнозируемого значения активной мощности
- Анализ достигаемых показателей дистанционных защит на ЛЭП с УУПК при применении нового способа построения защит
Введение к работе
Актуальность темы
Стремление повысить пропускную способность линий электропередачи (ЛЭП) вызывает необходимость изменять их электрические параметры в процессе работы. Для этих целей в сетях высокого и сверхвысокого напряжения, в основном за рубежом, применяют управляемые устройства продольной компенсации (УУПК), позволяющие изменять электрические параметры ЛЭП в зависимости от режимов. В Российской Федерации это направление работы также приобретает все больший масштаб.
В связи с этим существенно изменяются условия работы релейной защиты и автоматики (РЗА), при которых устройства РЗА должны обеспечить управление и защиту элементов энергосистемы во всех режимах работы сети. При этом традиционные способы управления и защиты, основанные на моделях элементов электроэнергетических систем с постоянными электрическими параметрами во многих случаях неприменимы.
Все это приводит к необходимости пересмотра требований к устройствам РЗА в части новых способов управления и защиты УУПК и ЛЭП с УУПК.
В этих условиях совершенствование способов управления и защиты ЛЭП с продольной компенсацией играет важную роль в повышении эффективности использования УУПК и самих электроэнергетических систем и представляет собой значимую и актуальную научно-техническую задачу, решение которой и составляет содержание диссертационной работы.
Цель работы
Совершенствование управления и защиты воздушных линий электропередачи с устройством продольной компенсации на основе разработки и исследования предложенного автором комплекса научно обоснованных способов.
Основные задачи исследования
Обоснование направления совершенствования способов управления и защиты линии электропередачи с продольной компенсацией.
Разработка и исследование способов оценки значений электрических параметров ЛЭП с УУПК для регулятора УУПК применительно к переходным режимам.
Разработка и исследование способа и алгоритма управления УУПК.
Разработка и исследование способа построения релейной защиты, устанавливаемой на ЛЭП с УУПК.
Объектом исследования являются линии электропередачи с УУПК и их устройства управления и защиты.
Предметом исследования являются свойства линий электропередачи с УУПК, регуляторов УУПК и защит, устанавливаемых на указанных линиях.
Методы научных исследований базируются на фундаментальных положениях теории электромагнитных и электромеханических переходных процессов, теории автоматического регулирования, теории релейной защиты, а также на расчетных методах исследования, математическом и программном моделировании.
Научная новизна работы
1. Предложен и исследован способ оценки значений электрических параметров ЛЭП с УУПК для регулятора УУПК применительно к переходным режимам, позволяющий проводить расчет прогнозируемого значения активной мощности компенсированной линии в месте установки устройства. Способ основан на проведении расчетов по данным об активной мощности, передаваемой по компенсированной линии, и об угле между векторами напряжений по концам указанной линии.
2. Предложен и исследован новый способ и алгоритм управления продольной компенсацией по отклонению от прогнозируемого значения активной мощности, позволяющие повысить демпфирующую способность УУПК. При этом показано, что управление может осуществляться с помощью упреждающих управляющих воздействий, формируемых в начале каждого полупериоде колебаний.
3. Разработана и исследована усовершенствованная структурная схема регулятора продольной компенсации, обеспечивающая объединение пропорционально-интегрального и дифференциального алгоритмов, и алгоритма по отклонению от прогнозируемого значения активной мощности. Доказано, что применение вновь разработанного алгоритма в регуляторе с усовершенствованной структурной схемой позволило повысить эффективность применения УУПК как одного из элементов, обеспечивающего гашение колебаний в переходных режимах.
4. Предложен и исследован новый способ построения релейной защиты, устанавливаемой на электропередаче с продольной компенсацией, обеспечивающий повышение быстродействия и селективности защиты, реализуемой на дистанционном принципе. Для реализации способа условно выделяются однородные участки электропередачи с распределенными и сосредоточенными параметрами, на каждом из которых действуют отдельные защиты с соответствующими согласованными характеристиками срабатывания.
Достоверность и обоснованность результатов обеспечиваются за счет корректного применения теории электромеханических переходных процессов, теории автоматического регулирования и теории релейной защиты и подтверждаются совпадением результатов исследований автора, проведенных на базе общепризнанного и верифицированного программного комплекса PSCAD, и данных, приведенных в зарубежных и отечественных публикациях.
Практическая значимость и реализация результатов работы
1). Повышена эффективность применения продольной компенсации ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения в переходных режимах за счет более совершенного управления УУПК. Это выражается в увеличении демпфирующей способности УУПК, а также в повышении селективности и быстродействия устройств релейной защиты и автоматики компенсированной линии.
2). Разработанный автором способ построения релейной защиты, устанавливаемой на электропередаче с продольной компенсацией использован ОАО «ВНИИР» при создании типовых шкафов РЗА, предназначенных для ЛЭП с УУПК. Применение предложенного способа построения защиты ЛЭП с УУПК позволяет расширить зону действия дистанционной защиты (ДЗ), при повреждении в которой она может действовать без выдержки времени срабатывания. При этом снижается вероятность неселективного срабатывания защит, установленных на смежных элементах электрической сети.
3). Теоретические и практические результаты работы использованы в учебном процессе в «НИУ «МЭИ» при реализации электронного учебно-методического комплекса дисциплины «Расчеты релейной защиты электроэнергетических систем» кафедры «РЗ и АЭс» по специальности «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем».
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Способ оценки значений электрических параметров ЛЭП с УУПК для регулятора УУПК применительно к переходным режимам, позволяющий проводить расчет прогнозируемого значения активной мощности компенсированной линии в месте установки УУПК.
2. Новый способ и алгоритм управления продольной компенсацией по отклонению от прогнозируемого значения активной мощности, позволяющие повысить демпфирующую способность УУПК.
3. Усовершенствованная структурная схема регулятора продольной компенсации, обеспечивающая объединение пропорционально-интегрального и дифференциального алгоритмов, и алгоритма по отклонению от прогнозируемого значения активной мощности.
4. Новый способ построения релейной защиты, устанавливаемой на электропередаче с продольной компенсацией, обеспечивающий повышение быстродействия и селективности устройств защиты, реализуемых на дистанционном принципе.
Апробация диссертационной работы
Результаты исследований обсуждались на следующих научных семинарах и конференциях: третья международная научно-техническая конференции «Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем» в 2011 году; научно-практическая конференция «Интеллектуальная электроэнергетическая система России – предпосылки и перспективы» в 2011 году, I и II международные научно-практические конференции и выставки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России» в 2012 и 2013 годах, а также на научных семинарах кафедры «Релейная защита и автоматизация энергосистем» «НИУ «МЭИ».
Публикации
Основные материалы диссертации изложены в 10 публикациях, в том числе в 4 статьях в журналах по списку ВАК.
Личный вклад соискателя.
Участие в формулировании задачи исследования и обосновании направления совершенствования способов управления и защиты линии электропередачи с продольной компенсацией [1, 3, 7, 10]. Разработка и исследование способов оценки значений электрических параметров ЛЭП с УУПК для регулятора УУПК [4-5, 7-9], способа и алгоритма управления УУПК [2, 6, 8-9], а также способа построения релейной защиты, устанавливаемой на ЛЭП с УУПК [2], [10].
Автор выражает благодарность работникам кафедры «РЗ и АЭс» «НИУ «МЭИ» за содействие при написании диссертационной работы и лично д.т.н. Максимову Б.К. и к.т.н. Арцишевскому Я.Л.
Структура и объем диссертации
Диссертация содержит: введение, четыре главы, заключение, список литературы и приложения. В диссертации основной материал изложен на 141 странице текста с рисунками; общий объем работы 237 страниц. Список литературы содержит 84 наименования.
Основные свойства УУПК
В связи с развитием ЭЭС, а именно шунтированием линий с более низкими классами напряжения линиями с более высокими уровнями напряжений, возникает проблема перегрузки первых в аварийных и послеаварийных режимах, приводящая к последующему отключению указанных линий и утяжелению аварийной ситуации. Таким образом, необходимо ограничить мощность, передаваемую по линии более низкого класса напряжения, и одновременно повысить пропускную способность связи в целом. При этом под связью в данном случае понимается ряд линий различного класса напряжений, соединяющих шины подстанций (ПС), относящихся к разным частям ЭЭС, работающих параллельно.
В качестве одного из вариантов решения подобных проблем помимо вставок постойного тока (ВПТ) и фазо поворотных устройств (ФПУ) в ряде случаев может быть применено УУГЖ. Регулировочный диапазон УУГЖ позволяет регулировать предел пропускной способности линии с УУГЖ. При этом для предотвращения возникновения перегрузки на линиях ВН, зашунтированных линиями СВН (рис. 1.6), УУГЖ может устанавливаться как на линиях ВН, так и на линиях СВН [1].
При установке У У ПК на линии СВН (линия ВЛ1 рис. 1.6) алгоритм управления, реализованный в регуляторе УУГЖ, должен выдавать управляющее воздействие (УВ), позволяющее зафиксировать мощность, передаваемую по параллельной линии ВН (линия ВЛ2 на рис. 1.6). Это обеспечивается путем оценки (косвенной или прямой) и последующего ограничения в рамках регулировочного диапазона, в соответствии с соотношением (1.2), угла 8 между векторами напряжений по концам контролируемого участка сети (рис. 1.7) [1]. При этом возникающее возмущение, выраженное в увеличении мощности послеаварийного режима, приводит к увеличению степени компенсации линии ВЛ1 и, следовательно, к увеличению пропускной способности линии ВЛ1 и связи в целом. Указанный эффект приводит к смещению равновесного состояния к углу 5 исходного доаварийного нормального режима. При этом уменьшение мощности, передаваемой по линии ВЛ2, приводит к увеличению на эту же величину мощности, передаваемой по линии ВЛ1, и необходимости дополнительной компенсации указанного влияния по принципу, аналогичному выше описанному. Регулирование происходит до момента, пока всю величину, на которую изменилась мощность послеаварийного режима, не возьмет на себя линия ВЛ1. В рассматриваемом случае с учетом ВАХ УУГЖ устройство работает в емкостном режиме и при возмущении производит изменение степени компенсации в диапазоне от jX(yyUK до -(2-3)jXcyyUK. P = s\nS, (1.2) где Ux и U2 - напряжения по концам линии с УУПК; S - угол между векторами напряжений на шинах ПС1 и ПС2; Хг - суммарное индуктивное сопротивление связи. Во втором случае фиксация мощности, передаваемой по линии ВЛ2, на которую и устанавливается УУПК, происходит путем применения в регуляторе УУПК алгоритмов управления, обеспечивающих в рамках регулировочного диапазона постоянный уровень передаваемой мощности на указанной линии [1]. Стабилизация передаваемой по линии ВН мощности при увеличении угла 5 между векторами напряжений по концам связи и возникновении возмущения происходит благодаря снижению пропускной способности линии ВЛ2 (рис. 1.8). При этом снижение мощности, передаваемой по линии ВЛ2, дополнительно увеличивает переток по линии ВЛ1, что приводит к дополнительному увеличению угла 5 и необходимости еще большего снижения предела пропускной способности линии ВЛ2. Регулирование происходит до момента, пока всю величину, на которую изменилась мощность послеаварийного режима, не возьмет на себя линия ВЛ1. В рассматриваемом случае с учетом ВАХ УУПК устройство работает преимущественно в индуктивном режиме.
Таким образом, применение управляемой компенсации в установившихся режимах позволяет как ограничить мощность, передаваемую по ряду линий, так и повысить предел пропускной способности компенсированных линий и связи в целом. Это обеспечивает возможность регулирования транзита мощности в широком диапазоне для целей оперативного управления в части поддержания заданных в регуляторах УУПК параметров режима.
При этом наибольший эффект (максимальный диапазон регулирования) имеет вариант установки УУПК на линию СВН (приложение 2). Указанное решение позволяет обеспечить ограничение уровня мощности, передаваемой по линии более низкого класса напряжения, при возмущающих воздействиях, приводящих к значительно большему изменению мощности, передаваемой по связи, с одновременным существенным увеличением пропускной способности всей связи в целом.
Одновременно с этим применение УУПК на ЛЭП СВН и ВН в нормальном установившемся режиме позволяет обеспечить перераспределение потоков активной мощности с целью минимизации потерь в сети. В частности, применительно к схеме см. рис. 1.6 условие оптимизации потерь задается соотношением (1.3) [2].
Помимо выше указанных задач УУПК (повышение пропускной способности и перераспределение потоков мощности в сети) устройство позволяет обеспечить гашение колебаний параметров режима в ЭЭС при синхронных колебаниях, возникающих в том числе и на межсистемных связях в связи с нерегулярными изменениями нагрузки [1] и [11-13]. При этом основным устройством, обеспечивающим гашение синхронных колебаний в большинстве режимов, были и остаются устройства автоматики регулирования возбуждения (АРВ). Применение УУПК как одного из дополнительных устройств, обеспечивающих гашение синхронных колебаний, позволяет усилить демпфирующие свойства системы.
Базовый принцип гашения колебаний с применением УУПК рассмотрим на примере сети, представленной на рис. 1.6 с применением метода площадей [14]. При возникновении возмущения в моменты, когда механический момент на валу ротора эквивалентного генератора больше электрического, алгоритм управления УУПК, заложенный в регулятор, увеличивает пропускную способность линии и, следовательно, обеспечивает передачу большей мощности (см. соотношение (1.2)). Аналогичный процесс происходит при торможении С1 (электрический момент на валу турбины больше механического), но в этом случае происходит снижение пропускной способности компенсированной линии и, соответственно, передаваемой мощности. Это обеспечивает дополнительный момент, действие которого направлено противоположно направлению ускорения или торможения соответствующих систем, что и обеспечивает наряду с работой АРВ сильного действия демпфирование колебаний ротора эквивалентного генератора. Т.е. как при ускорении, так и при торможении происходит уменьшение кинетической энергии, получаемой ротором эквивалентного генератора передающей части ЭЭС, и увеличение потенциальной энергии торможения. Описанный выше процесс можно наглядно представить на угловой характеристике мощности (рис. 1.9). При этом для упрощения рассмотрения принимаем, что величина модуля напряжений на ПС1 и ПС2 остается неизменной и, соответственно, представленные угловые характеристики являются статическими.
Оценка прогнозируемого значения активной мощности
Применение УУПК в ЭЭС позволяет решать целый комплекс задач, возникающих в ЭЭС, включая повышение пропускной способности компенсированных линий, перераспределение потоков мощности в сети, гашением синхронным колебаний и предотвращение подсинхронных колебаний. При этом в каждом конкретном случае основную роль при решении указанных задач играют алгоритмы управления, заложенные в регулятор УУПК.
В связи с этим для повышения эффективности УУПК и последующей разработки усовершенствованных способов и алгоритмов управления продольной компенсацией проведено структурирование применяемой в регуляторах УУПК информации. Весь объем информации, получаемый регулятором, согласно [47] условно разделим: 1) на совокупность замеров параметров режима на интервале наблюдения, включающую: а) измерения в месте установки устройства (регулятора); б) измерения в удаленных от места установки точках ЭЭС; 2) на априорные данные о структуре и параметрах имитационных моделей наблюдаемого или смежного участка сети. При этом в алгоритмах управления, применяемых в регуляторах УУПК, преимущественно используются параметры режима, полученные путем измерений в месте установки указанного устройства, т.е. локально. Примерами подобных решений являются пропорционально-интегральный и дифференциальный алгоритмы и алгоритмы, задающие состояние УУПК по выделенной колебательной составляющей контролируемого параметра [1, 17-19]. Указанные регуляторы преимущественно используют активную мощность компенсированной линии или ток, что существенно ограничивает возможности алгоритмов управления УУПК. Подобное решение также не учитывает и новые возможности, открывающиеся перед режимной и противоаварийной автоматикой с вводом СМПР и ее элементов, а также наличие существенного вычислительного ресурса регуляторов на микропроцессорной элементной базе.
Таким образом, современный уровень технологической базы позволяет существенно расширить объем информации, используемый регуляторами за счет: 1) получения синхронизированных во времени данных от удаленных измерительных устройств по каналам связи; 2) расчета текущих значений электрических параметров в удаленной точке энергосистемы по данным режима в точке установки устройства и данным о модели сети, соединяющей точку установки устройства с точкой измерения.
Исходя из электрических параметров режима, которыми позволяет управлять УУПК, одной из наиболее важных величин помимо мощности, передаваемой по линии с УУПК и измеряемой в месте установки УУПК, является значение угла 5 между векторами напряжений по концам компенсированной линии. Применение в регуляторах замера угла 5 позволяет разрабатывать новые способы и алгоритмы управления для устройств УУПК. Указанный параметр может быть определен как прямым измерением, путем сопоставления данных от устройств PMU (Phasor Measurement Unit), входящих в СМПР, так и косвенно на базе расчетов. При этом в случае применения удаленного измерения или расчета необходимо обеспечить: 1) бесперебойное получение регулятором синхронизированной во времени с локальными измерениями информации о параметрах режима в удаленной точке; 2) допустимый уровень погрешности измерения или расчетной оценки; 3) гарантированное время доставки информации о параметре режима по КС или нормированную задержку при локальном расчете удаленного параметра для регулятора и т.д. Оба решения имеют свои преимущества и недостатки, связанные с особенностями определения угла 5. Рассмотрим этот вопрос более подробно.
Развитие техники и технологии привело к созданию устройств PMU (Phasor Measurement Unit) и других устройств мониторинга состояния отдельных элементов и частей энергосистемы [48-50]. Это обеспечивает качественно новый уровень наблюдаемости режимных параметров процесса в отдельных точках сети в установившемся и переходном режимах. Устройства PMU позволяют фиксировать и передавать оператору через СМПР синхронизированные во времени векторные измерения тока и напряжения. Указанные данные уже сейчас позволяют решать широкий спектр задач в электроэнергетике и могут применяться как в автоматике регулирования частоты и активной мощности (АРЧМ) генераторов и в регуляторах систем возбуждении, так и в централизованных комплексах противоаварийной автоматики и релейной защиты (автоматика предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) и др.). При этом указанное направление активно развивается. В частности, предложены варианты применения данных о положении векторов напряжения в узловых точках электроэнергетической системы, полученных с помощью СМПР или от отдельных устройств PMU, в алгоритмах автоматики разгрузки турбины при аварийных возмущениях [51, 52], в комплексах SPS (Special Protection Schemes) и в системах РЗА [53]. Как отмечено ранее, наибольший интерес в части управления УУПК представляет угол 5 между векторами напряжений по концам компенсированной линии. Применение СМПР позволяет проводить прямые измерения угла 5 (2.1). где (рт и (ри2 - углы векторов напряжений по концам компенсированной линии.
При этом на первый план выходят вопросы допустимого уровня погрешности, задержки в передаче сигнала и обеспечения непрерывности его передачи. Погрешность устройств PMU нормируется с помощью полной векторной погрешности (TVE) - комбинация отклонения точности измерения и точности синхронизации времени - и рассчитывается в соответствии с соотношением (2.2) (рис. 2.1) [54]. О Хл, Хг +1 Рис. 2.1. Представление TVE на комплексной плоскости WE (2.2) (x„r-xr)2+(xM-xc)2 V( ,)2+( e)2 где A-„r и хпс - замеры контролируемого параметра устройством PMU; хг и хс - идеальные замеры контролируемого параметра. Нормированное значение полной векторной погрешности для устройств PMU в установившемся режиме не должно превышать 1% [54].
Полная векторная погрешность в переходных режимах несколько больше и нормируется на уровне не более 3% [54]. Далее для нашей оценки примем допущение, что вся полная векторная погрешность определяется погрешностью в задании угла. В этом случае максимальная абсолютная погрешность угла вектора, измеренного устройством PMU в переходном режиме, составит 1,718. Погрешность расчета угла 5 тогда составит 2,42 (2.3). АС- \, 3d A N1 / 3d A N1 (2.3) A = J(- & PuiY+(- АРуї)" д(Ри\ д(Ри2 где, А(ра2 и А рт - абсолютные погрешности измерений углов (р(П и (р1П; AS - абсолютная погрешность угла 8. При этом в самом регуляторе необходимо учитывать время доставки информации о параметрах режима от удаленных устройств PMU. В зависимости от назначения систем, мест установки, разветвленности и загруженности сети указанный параметр может существенно варьироваться. Для случая применения УУПК на воздушной линии сверхвысокого напряжения возможна установка прямых каналов связи, соединяющих удаленные устройства PMU с регулятором УУПК (рис. 2.2). В этом случае время доставки информации существенно сокращается. В частности, для вариантов применения устройств РЗА производства фирмы ABB (RED670) указанное значение составляет порядка 20 мс [54]. Учитывая, что УУПК в части гашения колебаний применяется преимущественно на частотах от десятых Гц до нескольких Гц [13], указанное время получения сигнала приемлемо для реализации алгоритмов управления УУПК в его регуляторе.
Непрерывность получения регулятором информации также является ключевым моментом в обеспечении плавного и корректного регулирования степени компенсации УУПК. В случае неисправности канала связи происходит или существенное искажение информации, или полная потеря передаваемых пакетов сообщений, что может привести к некорректной работе алгоритма управления регулятора УУПК, использующего указанную информацию. Существуют различные варианты выявления неисправности канала связи, а также применения резервирования (реализация двух независимых каналов связи, локальная оценка измеряемого удаленно параметра). Данные вопросы являются вспомогательными и в рамках данной работы не рассматриваются.
Таким образом, при применении данных от СМПР, в частности угла 8 в регуляторах УУПК, возможно обеспечить приемлемое время доставки сигналов от удаленных PMU к указанному регулятору, надежность сигнала и точность измерений в переходных процессах. Для повышения надежности функционирования комплекса предлагается рассмотреть возможность реализации резервирования путем оценки измеряемого удаленно параметра локально на базе локальных измерений, выполняемых в месте установки УУПК
Способ управления степенью компенсации УУПК по отклонению от прогнозируемого значения активной мощности
Проведем количественный и качественный анализ значений указанной погрешности. Оценку проведем аналогично выше рассмотренному случаю (пункт 2.2.3), в котором проводилась оценка влияния на расчет прогнозируемого значения активной мощности разгрузки турбины. Качественное значение указанной погрешности определяется соотношением (2.30). где АА - погрешность в расчете интеграла активной мощности по углу. Для количественного определения получаемой погрешности зададим значения начального установившегося режима по углу в диапазоне от 10 до 50 с шагом 20. Значения угла в конце полупериода колебаний определим в диапазоне от 20 до 110. Диапазон задания погрешности по углу 5 составляет от 0 до величин 2,5, 15 и 30 градусов соответственно. Результаты расчета приведены на рис. 2.23. Указанные графики показывают зависимость погрешности определения прогнозируемого значения активной мощности в зависимости от погрешности Д 5, для двух крайних значений погрешности Д,. a).
По полученным данным отмечено, что погрешность, вызванная неточностью определения моментов начала и конца полупериодов колебания при определении прогнозируемого значения активной мощности, не превышает 15,9%.
При этом в рамках исследования не учтена погрешность численного интегрирования величины А, которая существенно зависит от метода численного интегрирования [63], [69]. Для примененного в работе варианта, относящегося к группе методов Ньютона-Котеса (метод трапеций), указанная погрешность определяется по соотношению (2.31).
Проведем сравнение погрешностей в определении интеграла А, вызванных неточностью фиксации моментов смены полупериодов в начале каждого цикла (2.32) и численным интегрированием по методу трапеций (2.31) при аналогичных выше рассмотренным условиях, шаге интегрирования в 3 и нормированном значении мощности. По данным расчета погрешность величины А при учете численного интегрирования в подавляющем числе режимов кратно меньше погрешности, вызванной неточностью в определении смены полупериодов (таблица 2.4).
Аналогичные соображения применимы и для вопроса влияния на прогнозируемое значение активной мощности погрешности измерений мощности и угла. Данное решение представляется вполне обоснованным с учетом большого количества итерационных расчетов и равновероятности событий завышения и занижения измеряемых параметров.
1. Предложен и исследован способ оценки значений электрических параметров переходного режима для регуляторов управляемого устройства продольной компенсации. Способ основан на проведении расчетов по данным об активной мощности, передаваемой по компенсированной линии, и об угле 8 между векторами напряжений по концам указанной линии, что позволяет проводить расчет прогнозируемого значения активной мощности компенсированной линии в месте установки управляемого устройства продольной компенсации.
2. Для последующего корректного задания параметров управления УУПК проведен анализ погрешности оценки прогнозируемого значения активной мощности. Она составила не более 4,2% и 16% соответственно. Указанные величины в целом не превышают величину инженерной погрешности и могут быть учтены методически в регуляторах продольной компенсации, использующих данные параметры.
3. Для корректного задания граничных условий работы регулятора УУПК с усовершенствованной структурной схемой выявлены режимы некорректной оценки прогнозируемого значения активной мощности. Для исправления результатов расчета предложена его блокировка по сигналу от устройств релейной защиты и автоматики линии электропередачи.
Ведущую роль в обеспечении заявленных ранее возможностей УУПК играют реализованные в его регуляторах алгоритмы управления. Большинство алгоритмов управления работают на базе измерений в месте установки УУПК и кратко рассмотрены в первой главе. С целью определения способов повышения эффективности УУПК проведем анализ традиционных алгоритмов управления на базе теории автоматического регулирования (ТАР).
Учитывая общепринятые допущения и ограничения, применительно к УУПК рассмотрим ЭЭС в виде упрощенной модели, позволяющей качественно и количественно оценить влияние существующих алгоритмов управления УУПК на ее поведение и выявить особенности этих решений, а также резервы для модернизации.
За основу примем упрощенную двухмашинную энергосистему (рис. 3.1), включающую две подсистемы, представляемые эквивалентными генераторами G1 и G2 с постоянными инерции Тп и TJ2, местными нагрузками АРИ] и APll2 и соединенные между собой ЛЭП.
Межсистемная электрическая связь в виде ЛЭП оказывает влияние на работу каждой из подсистем, входящей в ЭЭС. Изменение обменной мощности по связи служит дополнительной нагрузкой для одной энергосистемы и дополнительной генерацией для другой энергосистемы. В этом случае в качестве математических моделей эквивалентных генераторов G1 и G2 подсистем, связанных между собой линией электропередач, примем соотношения (3.1) и (3.2) [70].
Анализ достигаемых показателей дистанционных защит на ЛЭП с УУПК при применении нового способа построения защит
Наиболее простым решением является контроль первой производной по активной мощности, передаваемой по компенсированной линии, или по углу 5. При этом в рамках локального регулятора УУПК уже реализован дифференциальный алгоритм с АФХ, близкой к АФХ идеального дифференцирующего звена (на частотах, близких к частоте среза (см. раздел 3.1 и [13])). Одновременно с этим, в рамках указанного регулятора уже реализован комплекс мероприятий, направленных на снижение влияния высокочастотных колебаний на работу комплекса.
В связи с выше изложенным, а также с учетом соображений разделов 3.1.2 и 3.2.1, в качестве критерия определения моментов смены полупериодов колебания в переходном процессе предложен вариант фиксации прохождения УВ от дифференциального алгоритма регулятора УУГЖ нулевого значения.
Реализовать указанное решение возможно с применением различных способов, повышающих устойчивость алгоритма к погрешностям. В рамках проводимой работы и с учетом применения фильтров как на входе дифференциального алгоритма регулятора, так и непосредственно в нем принят один из наиболее простых вариантов, основанный на сравнении знаков УВ по двум его замерам (текущего и предшествующего), проводимых с заданной периодичностью (рис. 3.22). Если указанные знаки различаются, фиксируется смена полупериода и выполняется расчет по рассмотренному выше алгоритму (см. 3.2.3).
При этом настройка дифференциального алгоритма регулятора УУПК оптимальна только в рамках определенного диапазона частот и при условии сохранения УВ в рамках регулировочного диапазона УУПК (см. рис. 3.14). При нарушении указанных условий действие регулятора отличается от действия идеального дифференцирующего звена и смена знака УВ дифференциального модуля ПИД регулятора наблюдается с некоторым запаздыванием от момента смены полупериода колебательного процесса, что приводит к снижению эффективности упреждающего способа управления УУПК и его УВ. Также в связи со скачкообразным изменением требуемого уровня степени компенсации УУПК при применении предлагаемого УВ и последующего относительно быстрого изменения наблюдаемого значения возможны колебания контролируемого регулятором параметра, что может привести к переходу УВ от дифференциального алгоритма регулятора через нулевое значение. В связи с этим необходимо заблокировать определение моментов смены полупериодов на заданное время после введения УВ от предлагаемого алгоритма.
Очевидно, что получаемые прогнозируемое значение активной мощности, значение УВ и степень компенсации УУПК могут существенно повлиять на гашение колебаний только на втором и последующих полупериодах колебаний в переходном режиме. На первом же полупериоде их влияние минимально в силу того, что еще не определено прогнозируемое значение активной мощности после возмущения.
С другой стороны, очевидно, что при возникновении сильных возмущающих воздействий для повышения динамической устойчивости требуется максимально увеличить пропускную способность линии. Таким образом, целесообразно «превентивно» повысить степень компенсации УУПК на заданный уровень без выполнения расчета по выше рассмотренному алгоритму, т.е. выполнить форсировку [75].
Далее в случае превышения степени компенсации требуемого по условию поддержания заданного параметра режима значения происходит последующее ее снижение под действием ПИД алгоритма управления регулятора УУПК и алгоритма управления, формирующего упреждающие УВ. В противном случае указанные выше алгоритмы регулятора УУПК повысят степень компенсации также до требуемого уровня.
При контроле угла 8 между векторами напряжений в первом случае перегрузка линий более низкого класса напряжений полностью отсутствует, а во втором случае указанная перегрузка снижена уже в начале колебаний.
Положительный эффект от форсировки наблюдается и для повышения эффективности УУПК в части гашения колебаний, что достигается за счет удаления значения степени компенсации УУПК от нижней границы регулировочного диапазона и возможности применения регулирования как при нарастании, так и при снижении активной мощности и угла 5.
Исходя из выше сказанного, значение форсировки рассчитывается как величина, на которую должна измениться степень компенсации для доведения ее значения от нормального уровня до значения, близкого к середине регулировочного диапазона (3.48). Указанная форсировка должна наблюдаться при выходе УВ от ПИД регулятора из зоны нечувствительности (3.49), определяемой в соответствии с соотношением (3.50).
Исходя из рассмотренного упреждающего способа формирования УВ и требуемой работы алгоритма при сильных возмущениях, предложен итоговый алгоритм регулирования УУПК по отклонению активной мощности от прогнозируемого значения (рис. 3.23).
Схема усовершенствованного алгоритма Ввод/вывод алгоритма по предлагаемой методике происходит по внешней команде. При вводе регулирования контроль параметров происходит постоянно и параллельно с работой ПИД алгоритма регулятора по следующей последовательности: 1) на каждой новой выборке входных параметров режима выполняется контроль смены полупериодов колебаний на базе УВ от диф. алгоритма управления регулятора: а) при отсутствии фиксации указанного события (значение УВ от диф. алгоритма регулятора не пересекло нуля) и несрабатывании комплекса РЗА выполняется интегрирование мощности по углу в соответствии с соотношением (3.51). Также предусмотрен контроль отсутствия возникновения асинхронного хода по критерию (3.52). В случае фиксации асинхронного режима (проворота угла 5 на 180 градусов) происходит блокировка любого изменения степени компенсации. Фиксация возникновения асинхронного режима снимается по факту длительного отсутствие проворотов угла 8;
Похожие диссертации на Совершенствование управления и защиты воздушных линий электропередачи с устройством продольной компенсации
